本发明涉及金属小球制备方法和装置，属于粉末冶金技术领域，特别是涉及一种复合金属小球的制备方法及装置。
背景技术：
集成电路板随着电子工业的快发展得到了快速发展。随着小型化、柔性化和运算速度的不断提高，集成电路板及相关电子元器件的尺寸和体积变得越来越小、越来越薄。这对零部件及制造工艺提出了越来越严苛的要求。
金属小球和钎焊技术是连接集成电路基板和相关元器件的重要材料和方法，尤其是尺寸在200-600微米之间的锡球在电路板制造工艺中占有重要地位。随着电路设计方案多元化、尺寸小型化，这对钎焊用小球的性能提出了新的要求：1)小型化，以适应整体结构小型化的需求；2)提高抗高温性能，尽管尺寸变小，但随着电子元器件的容量和运算速度提高、需要提高散热能力，以确保了零部件的正常运行；3)球形度高。随着小型化和精密化制造工艺，需要提高钎焊用金属小球的球形度，以提高单个焊点质量，并防止相邻焊点的互相影响。
目前铜锡小球是业界广受欢迎的材料，内核铜导电性好，熔点高，抗高温性能好，能够确保连接部件之间的导电性；外壳锡熔点低，易于钎焊和成型，能够确保较高的连接质量。在服役过程中，即使出现部分焊点出现过热，外层锡球熔化，但是内核铜的存在认可确保连接质量，并可快速导热，让锡快速冷却下来，实现固态连接。
目前业界普遍采用雾化方法制造铜球，然后通过化学电镀的方法在其表面涂镀一层锡，从而得到铜锡复合金属小球。化学电镀方法有以下缺点：1)环境不友好；2)效率低；3)涂镀层厚度受限制。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种在线雾化、旋转涂镀、在线球化的复合金属小球制备方法，可替代传统的化学电镀方法，真圆度高，涂镀层厚度均匀可控。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
复合金属小球制备方法及装置：
采用4组雾化液滴发生器4对称排布，形成一个雾化金属液滴笼罩区6，雾化金属液滴的浓度和大小，以及金属液滴笼罩区的大小由连接着的压力计2和流量计3调节，并可由数据控制系统1统一优化调整。金属液滴即复合小球外层涂镀金属，可为锡、锡铅等低熔点类钎焊材料。
金属母球预先放置在小球添加装置7中。待温度传感器5、抽真空和压力控制器14的实时检测结果满足系统设定后，控制系统1会发出指令，打开装置7的阀门，金属母球依靠重力下落，并形成一个小球下降集束8；并落入雾化金属笼罩区6，
落入雾化金属熔滴笼罩区的母球由于熔点高，不会发生熔化。由于其尺寸较大，传热快等特点，会充当冷却介质从而将其表面接触的雾化金属凝固，从而形成外层金属。在笼罩区穿越过程中随着时间的积累，由于接触凝固而形成的外层金属会越来越厚。
母球的下落速度或在笼罩区停留时间，以及金属雾化区的金属液滴的大小和浓度等参数均对凝固形成的外层金属的厚度有影响。控制系统中存贮有数十种数据库，其中包括不同种类复合金属锡球的制备工艺，其中包括不同种类内层金属小球与不同种类外层金属小球的组合。在制备开始前，可依据控制系统的内部数据进行查询，并进行相关设定，从而选择最优的制备工艺和参数。
经过雾化金属熔滴区的小球，其外层已经有了涂镀金属层。经过一级收集器9落入到转盘11上面。转盘上面有薄层金属溶液，其溶液仍为外层金属溶液，溶液厚度不超过金属小球的10倍。经过一级收集器送入的金属小球被输送到转盘的中央，由于离心力的作用，小球会逐渐向转盘边缘移动。在移动过程中，由于金属小球自身充当冷却介质作用，与金属小球直接接触的溶液薄层会发生凝固从而转变为金属小球的外层，从而使得金属小球尺寸变大。
转盘由电极10驱动。转盘速度也对涂镀层金属厚度有影响。当尺寸不断变大的金属小球到达转盘边缘，由于离心力作用将会被甩出。被甩出时，金属小球表面可能会有部分未凝固的液滴、或者未完全凝固的液滴。在甩出的过程中，由于冷却，会发生凝固从而形成金属小球外层金属。
转盘旋转飞出过程中形成的金属小球外层，由于受力状况的特殊性，其球形度无法保证，因此甩出的小球经过二级收集器12，形成涂镀金属小球集束13，然后依靠重力进入17电磁线圈控制器15，进行表面局部熔化和球化处理，线圈加热温度和加热速率由控制装置17控制，然后形成涂镀金属小球16；
5)涂镀后的金属小球经过分拣检查系统18，被判为不合格后，经过加压和控制系统19重新进入添加装置7，进行重新涂镀；
复合金属小球制备方法及装置，雾化金属的熔点低于母球金属的熔点，雾化区熔滴温度在熔点±20℃以内；
复合金属小球制备方法及装置，转盘中金属溶液的厚度低于母球平均直径的10倍，且温度在熔点的±10℃以内；
复合金属小球制备方法及装置，涂镀层金属厚度≤100微米；
技术说明如下：
复合金属小球制备方法及装置，数据控制系统1连接压力计2、流量计3，以及雾化液滴发生器4，并依据发出的指令产生金属雾化液滴束。雾化液滴发生器是关键设备，决定了液滴的压力、大小、以及液滴束的大小。
4组雾化液滴发生器及相关组件对称排布，形成一个雾化金属液滴笼罩区6，该金属液滴即为金属小球外层金属。雾化区的长度对涂层金属的厚度有影响。雾化金属区的液滴尺寸和温度也会对金属涂层的厚度有影响。
温度传感器5、抽真空和压力控制器14对真空腔室进行实施监测，当指标满足指令要求，预先放置在金属小球添加装置7的原始小球落入雾化金属笼罩区6，并形成一个小球下降集束8。
预先放置的小球的尺寸和种类对涂层金属厚度有影响。当原始小球的尺寸较大时，在同等条件下，由于较大的冷却速度，会增加涂层厚度；否则，会降低涂层厚度。
原始小球经过雾化金属熔滴区，会在表面形成附着无数个金属熔滴，在随后的下落冷却过程中，由于凝固从而在原是小球表面形成熔滴层，其厚度与温度、原是小球尺寸等因素有关。该过程形成的金属熔滴层称为一次熔滴层。
然后经过一级收集器9落入到转盘11上面，转盘上面有薄层金属溶液，然后依靠离心力被甩出，转盘由电极10驱动。转盘尺寸和转速决定了离心力，因此对甩出过程有影响。附着了熔滴金属的小球落到带有薄层溶液的转盘上，然后在滚动和飞出的过程中，同样会附带有金属熔滴，这些熔滴会在随后的冷却过程中凝固在小球表面，从而形成金属熔滴层。该过程形成的金属熔滴层称为二次熔滴层。
带有二层金属熔滴层的小球经过二级收集器12，形成涂镀金属小球集束13，然后依靠重力进入17电磁线圈控制器15，进行表面局部熔化和球化处理，线圈加热温度和加热速率由控制装置17控制，然后形成涂镀金属小球16。
该过程的主要目的是让小球的二次金属熔滴层发生局部熔化、消除拐角、增加小球的球形度。
经过球化处理后的金属小球进入分拣检查系统18，球形度不好、表面有缺陷的会被判为不合格，然后经过加压和控制系统19重新进入添加装置7，进行重新雾化制备熔滴层；质量合格的小球会进入收集装置，并进行包装。
雾化金属的熔点低于母球金属的熔点，雾化区熔滴温度在熔点±20℃以内。母球金属的熔点要高于雾化金属熔点，否则原始小球在进入雾化金属熔滴区的时候会发生熔化，从而破坏掉母球，形成不了复合小球。
同时，雾化区熔滴温度需要控制在±20℃以内，当温度太高时，不利于金属熔滴的雾化，以及随后的冷却和金属熔滴层形成；当温度太低时，金属熔滴在液态时的停留时间过短，不利于金属熔滴层的均匀形成。
转盘中金属溶液的厚度低于母球平均直径的10倍，且温度在熔点的±10℃以内。转盘中金属溶液厚度超过母球直径的10倍时，由于重力作用，这些小球在溶液中流动速度较慢，且当运动到转盘边缘时不易被甩出，不利于二次金属熔滴层形成。当溶液温度超出熔点±10℃范围，过高或过低时，均不利于在甩出后的冷却过程中的金属熔滴层的均匀形成。
采用该方案，金属熔滴层厚度在100微米以内。
本发明的优点及有益效果：
本发明方法采用雾化金属液滴束和覆有液膜转盘分别进行一次和二次涂层制备、然后利用电磁感应线圈进行在线球化处理，实现了在线外层金属制备和球化处理，得到了球形度高的复合金属小球制备，解决了现有技术依靠离线电化学涂镀的效率低下的难题。
附图1：装置示意图
1数据控制系统；2压力计；3流量计；4雾化液滴发生器；5温度传感器；6雾化化液滴；7原始金属小球添加装置；8原始金属小球；9一级收集器；10电机；11转盘；12二级收集器；13涂镀后的金属小球；14抽真空和压力控制控制；15电磁感应加热线圈；16终端收集器；17电磁线圈控制器；18小球分拣检查系统；19加压和控制系统。
具体实施方式
以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1：
制备铜锡复合金属小球。
原始小球是铜球，尺寸在200-300微米；
制备装置如附图1所示。雾化金属是锡。采用锡线作为雾化金属发生器的原始材料。真空腔室内的温度控制在220-240℃，真空度控制在10-2以下。真空腔室内填充氩气保护。
转盘转动速度在50-500r/s，转盘直径在20-800mm，金属锡溶液温度在225-235℃，溶液深度为500-1500mm，由上部落入的金属小球率先金属圆盘中央，然后依靠转动逐渐向边缘滑动，随着离心力的不断加大，滚动速度不断加大，在离开转盘时，速度在100-600m/s。
电磁感应加热速度在200-800℃/s。
制得的小球的尺寸在250-350微米之间；外部涂层尺寸在50-80微米之间。
实施例2：
制备铜锡复合金属小球。
原始小球是铜球，尺寸在100-150微米；
制备装置如附图1所示。雾化金属是锡。采用锡线作为雾化金属发生器的原始材料。真空腔室内的温度控制在225-235℃，真空度控制在10-3以下。真空腔室内填充氩气保护。
转盘转动速度在100-400r/s，转盘直径在50-600mm，金属锡溶液温度在225-235℃，溶液深度为300-500mm，由上部落入的金属小球率先金属圆盘中央，然后依靠转动逐渐向边缘滑动，随着离心力的不断加大，滚动速度不断加大，在离开转盘时，速度在180-450m/s。
电磁感应加热速度在160-400℃/s。
制得的小球的尺寸在150-200微米之间；外部涂层尺寸在40-70微米之间。
通过上述实施例可知，本发明提供的雾化金属液滴束、覆有液膜转盘的涂层制备、然后利用电磁感应线圈进行在线球化处理，实现了在线外层金属制备和球化处理，得到了球形度高的复合金属小球制备，解决了现有技术只能依靠离线电化学涂镀方法制备复合金属小球的技术难题。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。本领域的技术人员在本发明构思的启示下对本发明所做的任何变动均落在本发明的保护范围内。